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VEGF-aPMNEM-ECM抗菌促愈合水凝膠

更新時間:2024-11-19點擊次數:2007

慢性糖尿病傷口主要由感染、炎癥和血管生成相關疾病引起。治療慢性糖尿病傷口的理想方法是結合抗感染策略、免疫微環境調節和促進血管生成。血管內皮生長因子VEGF)可以促進血管內皮細胞的增殖和遷移,從而促進血管生成。然而,其穩定性低,不能靶向病灶,限制了其應用。多形核中性粒細胞衍生外泌體(PMNExo)具有良好的遞送特性,可用于VEGF的治療遞送,此外,它們還保留了多形核中性粒細胞(PMN)的抗菌能力。然而,低PMNExo生成阻礙了其治療應用。本文作者Yanzhen Yu等采用了擠壓法制備了PMNs外泌體模擬物(EM),成功在Journal of Nanobiotechnology上發表篇名為An injectable, activated neutrophil-derived exosome mimetics/extracellular matrix hybrid hydrogel with antibacterial activity and wound healing promotion effect for diabetic wound therapy的研究成果,將VEGF封裝的活化中性粒細胞外泌體模擬物(aPMNEM)裝入ECM,以開發用于治療慢性傷口的VEGF-aPMNEM-ECM混合水凝膠。下面小編帶大家了解一下本文的主要研究成果。




VEGF-aPMNEM-ECM抗菌促愈合水凝膠


01:VEGF-aPMNEM-ECM混合水凝膠的制備與表征


在本研究中,作者將VEGF封裝的活化中性粒細胞外泌體模擬物(aPMNEM)裝入ECM,以開發用于治療慢性傷口的VEGF-aPMNEM-ECM。首先對納米材料進行合成,而后驗證aPMNEM的質量,作者使用了TEM,Western blotting, NTA和Zeta電位測量進行了表征。TEM和NTA結果顯示,aPMNEM的直徑約為160nm,與PMNExo、aPMNExo和PMNEM的大小相似。Zeta電位測量顯示,aPMNEM的電位約為-40 mV,與PMNExo、aPMNExo和PMNEM的表面膜電位相似。為了量化aPMNEM的產量,作者測量了由相同數量的細胞通過NTA產生的PMNExo、aPMNExo、PMNEM和aPMNEM的數量。NTA顯示,通過多層過濾擠出生產的aPMNEM產量約為aPMNExo產量的10倍。接下來,為了研究aPMNEM的質量,作者進行了4D無標記定量蛋白質組學分析,并通過主成分分析(PCA)、火山圖分析和熱圖分析比較了aPMNEM和PMNExo的蛋白質含量。PCA顯示aPMNEM和PMNExo蛋白含量不同。此外,蛋白質組學分析發現,與PMNExo相比,aPMNEM中有1807種不同的蛋白質類型具有顯著差異。與PMNExo相比,aPMNEM中差異表達的蛋白中有1501個蛋白上調(折疊變化>2),306個蛋白下調(折疊變化>2)。GO注釋分析顯示aPMNEM與PMNExo具有相似的生物過程、細胞成分和分子功能。在殺菌相關蛋白中,中性粒細胞明膠酶相關脂鈣蛋白(LCN2)、溶菌酶(LYZ)和肽聚糖識別蛋白(PGLYRP1)上調,而補體C3(C3)、髓過氧化物酶(MPO)和補體C4-B(C4B)在PMNEM中與PMNExo相比下調。最后作者通過物理冷凍結合SDS-Triton洗脫法制備了溫度敏感的ECM水凝膠。


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02:aPMNEM分子清創


作者通過4D無標記定量蛋白質組學進行分析,分析其蛋白質含量來確定aPMNEM的組成。結果顯示,aPMNEM含有3386個蛋白,通過分子功能分析發現,這些蛋白參與了氧化還原酶的活性,這可能是aPMNEM具有抗菌活性的原因之一。而后為了驗證aPMNEM的抑菌能力,作者首先在體外研究了aPMNEM對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的菌落生長抑制作用。研究結果表明,aPMNEM處理3小時可有效抑制體外培養的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長,破壞細菌細胞壁結構。隨后,用aPMNEM治療大腸桿菌和金黃色葡萄球菌感染的大鼠傷口。組織的Giemsa結果顯示,aPMNEM成功地抑制了細菌在體內的生長,這與aPMNEM體外抑菌試驗的結果相吻合。為了評估aPMNEM的抗炎作用,作者測定了對照組和aPMNEM組感染創面和血漿中腫瘤壞死因子TNF-α、白細胞介素IL-1βIL-6水平在2448 h時的變化。qPCR結果顯示,對照組和aPMNEM組感染創面中炎癥因子水平在24 h時無顯著變化。



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03:VEGF-aPMNM - ECM對體內重要器官的影響及生物分布


為了驗證VEGF-aPMNM-ECM的生物相容性,作者通過H&E染色法觀察這些器官的生理結構變化。結果顯示,與PBS處理的對照組相比,VEGF-aPMNM-ECM對SD大鼠全層皮膚創面模型無明顯的病理改變,說明VEGF-aPMNM-ECM對SD大鼠全層皮膚創面模型無毒性作用。同時使用了小動物體內成像驗證VEGF - aPMNEM在創面的生物分布,顯示出aPMNEM在傷口部位保持48小時的功能,并且不隨時間擴散。


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04:VEGF-aPMNEM-ECM在皮膚傷口愈合中的體內體外應用能力探究


作者建立大鼠全層皮膚創面模型,并給予多種治療。結果顯示,與其他治療方法相比,VEGF-aPMNEM-ECM治療可能更能促進創面愈合。治療14天后取出創面組織,進行H&EMasson染色、免疫組化分析和免疫熒光IF分析。H&E染色結果證實,四組中VEGF-aPMNEM-ECM處理傷口邊緣最短,上皮化程度最高。Masson染色結果顯示,與其他三組相比,VEGF-aPMNEM-ECM組傷口部位膠原沉積最多,膠原排列更有序。通過CD31α-SMA抗體的免疫組化和IF 分析,VEGF-aPMNEM-ECM治療組血管數量最多,其次是ECMaPMNEM-ECM治療組,PBS治療組血管數量較少。這些結果表明VEGF-aPMNEM-ECM通過促進血管生成來促進皮膚傷口愈合。為了證實VEGF-aPMNEM-ECM對內皮細胞血管生成的治療潛力,作者使用VEGF-aPMNEM-ECM進行了血管形成實驗。結果表明,VEGF-aPMNEM-ECM促進了血管內皮細胞向血管的轉化,VEGF-aPMNEM-ECM組血管總長度和支管長度最長。


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VEGF-aPMNEM-ECM在皮膚傷口愈合中的體內體外應用能力探究

05:VEGF-aPMNEM-ECM對炎癥微環境的體內調節作用


VEG為了確定ECM的組成,作者通過進行4D無標記定量蛋白質組學分析來分析ECM的蛋白質含量。在ECM水凝膠中共發現112種蛋白質。生物信息學研究揭示了ECM細胞外成分"之間的相關性。根據以往的研究,那些數量較多的蛋白,如膠原I,可使M1巨噬細胞轉化為M2巨噬細胞。CD86 (M1巨噬細胞表面標記物)CD206 (M2巨噬細胞表面標記物)抗體IF分析結果證實,ECMaPMNEM - ECMVEGF-aPMNEM-ECM治療組顯著誘導M1巨噬細胞向M2巨噬細胞轉化;但三組間無明顯差異。


VEGF-aPMNEM-ECM抗菌促愈合水凝膠



綜合實驗結果我們不難看出,此研究成功開發了一種新型的VEGF-aPMNEM-ECM生物材料,用于治療慢性糖尿病傷口。該材料利用PMN衍生的外泌體模擬物作為載體,保護VEGF免受降解,并通過ECM水凝膠延長其在傷口部位的駐留時間,且在促進傷口愈合方面顯示出良好的生物相容性和生物安全性。作者團隊研究開發的VEGF-aPMNEM-ECM納米材料為糖尿病創傷治療提供了一個有前景的平臺,通過在aPMNEM-ECM中加載各種可用的細胞因子,有潛力應用于不同疾病的治療,為糖尿病傷口治療提供了新的策略。





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